ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРИ

Контактні термометри основані на принципі теплового розширення рідини або газу.

Являє собою скляну трубку, в нутрі якої розміщення з капіляром, в якому знаходиться ртуть. До ампули підведені два контакту: один припаяний з низу і з’єднаний з стовпчиком ртуті, а другий рухомий розміщений зверху і може переміщуватися в капілярі за допомогою магнітної головки. А оскільки висота стовпчика ртуті залежить від температури вимірювального середовища, то кожному положенні рухомого контакту буде відповідати відповідне значенні температури спрацювання датчика. Контактний термометр – датчик двох позиційної дії – вхідною величиною є температура, а вихідною – висота стовпчика рідини в капілярі.

Межі вимірювання температури від +0 до +300 і вище.

Ртутно контактні термометри можуть бути не регульовані і регульовані. Не регульовані мають тільки на рухомі контакти (ТК – 1, ТК – 3). Регульовані – (ТК – 5, ТК – 6, ТК – 8).

Розривна потужність контактів 2Вт, при силі струму 0,2А.

Скляна колба з капіляром

шкала

контакти

Термоконтактор одноконтактний ТК-34.(+23...+25°С) Призначений для підтримки постійної температури або сигналізації про досягнення заданої температури. Застосовується при зануренні у вимірюване середовище до сполучного (нижнього) контакту. Число спрацьовувань, що гарантується 50 000.

КОНСТРУКЦІЯ

Скляний термоконтактор з впаяними в капіляр платиновими контактами. Вільний об'єм капілярної трубки над стовпчиком ртуті заповнений воднем під тиском. Контакти виготовлені з платинового дроту діаметром 0,1 мм. До контактів припаюються виводи з провідника перетином 0,07.0,2 мм.кв., завдовжки 150 ±10 мм. Працює при струмі не більше 0,04 А і при напрузі на контактах не більше 220В.

Витримують перегрів до 75°С і охолоджування до –20°С. Витримують вібрацію з частотою до 30 Гц, амплітудою 1,5мм.

2.2. Металічні термометри опору – використовують властивість металевих провідників(мідь, нікель, залізо, платина - чисті метали) змінювати свій опір при зміні температури. Найпоширеніші платинові та мідні термометри опору. При нагріві датчика опір його підвищується, так як підсилюється хаотичний рух електронів у металі. Тому металеві термометри опору мають позитивний температурний коефіцієнт α.

Будова: Термочутливий елемент 1 виконаний з тонкого платинового або мідного дроту, намотаного на каркас з ізоляційного матеріалу (слюда, пластмаса) .

Чутливий елемент захищений від механічних пошкоджень за допомогою захисної арматури 2 (стальною гільзою) з головкою 3, в якій міститься клемна колодка з приєднаними виводами обмотки 4.

Діапазон вимірювання температур від – 200 до + 650 ºС – платинові

- 50 до + 180 ºС – мідні

Платинові термометри опору позначають літерами ТСП і випускають трьох градуювань (гр. 20, гр. 21, гр. 22). При температурі 0ºС опір цих термометрів становить відповідно 10, 46 і 100 Ом.

Мідні – ТСМ гр. 23, гр. 24 з опорами відповідно 53 і 100 Ом.

Опір датчика R залежить від його значення при початковій температурі Rо , зміни температури провідника відносно початкового рівня, а також від температурного коефіцієнта опору α ( для міді α = 0.0043 Ом/ град , для платини α=0.0394 Ом/ град ) :

Rt = Rо [ 1+ α (t- tо)] де

Rо -опір який відповідає початковій температурі Ом;

tо -початкова температура С ;

t -вимірювальна температура С ;

Переваги - мають велику точність до 0,001 ºС, простота конструкції., не мають рухомих частин.

Недолік – мають великі розміри ТЧЕ, що не дає можливість використовувати в малих об’ємах.

В схемах вимірювання необхідно використовувати вимірювальні мости з електронними підсилювачами. На точність роботи впливає зміна властивостей матеріалу з часом

4 1

3 2

2. 3. Напівпровідникові терморезистори.

При підвищенні температури зменшують свій опір. Чутливість в 8 ... 10 р вище чим у металів. Одержали поширення для вимірювання в АС температури, вологості повітря або інших газоподібний середовищ в межах – 60 до + 180 ºС.А також для термо компенсації у вимірювальних мостах.

Серійно випускають дві групи напівпровідникових терморезисторів: з від’ємним температурним коефіцієнтром (наз. термистори) і додатнім температурним коефіцієнтром (наз. позистори).

Конструктивно являють собою трубку, шарик або диск напівпровідникових матеріалів з металевими виводами. Для захисту від впливу від навколишнього середовища термістори окривають шаром лака або рідкого скла.

Температурний коефіцієнт опору в термісторах від’ємний.

Виготовляють терморезистори з окисів металів. З оксиду кобальту і марганцю роблять терморезистори типу КМТ (КМТ – 1, КМТ – 4), які випускають з номіналами від 22 до 1000 кОм. З окисів міді і марганцю виготовляють терморезистори типу ММТ (ММТ – 1, ММТ – 4, ММТ – 6), які випускають з номіналами від 1 до 220 кОм.

Допустимий строк терморезисторів (служби) – 5000 год. Допустимий струм терморезисторів 12 мА.

Особливістю термістора є можливість одержання релейного ефекту.

Якщо через термістор пропустити струм, то по мірі його збільшення напруга на термісторі росте з початку пропорційно струму, а потім падає із-за зменшення опору, який визваний нагрівом термістора. Подальше підвищення напруги супроводжується скачкоподібним збільшенням струму і визиває розрушення термістора. Щоб зменшити струм в коло термістора вмикають опір з прямолінійною вольт-амперною характеристикою.

виводи

шар лаку або слюди

сприймаючий орган корпус

виводи

Переваги –великий опір терморезистора і його температурного коефіцієнта дають можливість практично не враховувати опір проводів і контактів. Простота конструкції.

Недоліки – низька стабільність параметрів.

2.4. Термоелектричні датчики (термопари).

Принцип дії оснований на виникненні термо –ЕДС на кінцях спаїв двох різних спеціально підібраних провідників, одні кінці яких спаяні між собою, а інші під’єднані на вторинний прилад. Робочий (гарячий) спай поміщують в захисний кожух і встановлюють в місці контролю температури.

Якщо спаяні кінці нагріти, то енергія вільних електронів в різних металах збільшується з підвищенням температури неоднаково. Наявність перепаду температур вздовж провідника приводить до того, що енергія і швидкість електронів в кінці провідника з більш високою температурою буде більша і електрони почнуть рухатися з гарячого кінця до холодного. Значення термо-ЕДС пропорційна різниці температур і залежить від матеріалу провідників.

При вимірюванні температури вільним кінцям забезпечують постійну температуру, для чого їх розміщують далі від спаю і роблять довшими шляхом підбирання проводів, які мають ті самі термо ЕДС (називаються компенсаційними).

Термопари поділяються на металеві, напівпровідникові та швидкісні термопари.

У металевих термо Е.Р.С. становить 0.006-0.06мВ/ град; напівпровідникових-0.1-1,0 мВ/ град.

Швидкісні термопари призначені для вимірювання швидкості зміни температури. Така термопара складена з двох послідовно з´єднаних термопар.

Типи термопар ТХК ( хромель- копель межі вимірювання температур до 600ºС), ТХА (хромель –алюмель –до 900ºС,ТМ мідь-константан до350ºС, ТЖ (залізо -константанові )-до 600ºС.

У будь-якій термопарі величина е.р.с залежить від матеріалу провідників і температурі спаїв.

Переваги : простота конструкції, надійність, мала інерційність, можливість дистанційного спостереження.

каркас

провідники

Гарячий спай

2. 5. Дилатометричні датчики температури.

Дилатометричні датчики температури основані на принципі використання неоднаковості лінійного розширення двох деталей , виготовлених з різних матеріалів. Наприклад реле температури ТР-200.Контакти реле можуть працювати в колах постійного і змінного струму. Частина корпуса реле занурена в робоче середовище, герметична , має нікелеве захисне покриття і розрахована для роботи в неагресивному рідкому середовищі при будь-якій вологості. Трубка реле 6 виготовлена з латуні з великим коефіцієнтом теплового розширення , а пластичні пружини 3, які вміщені в трубку , із сплаву інвару, розміри якого при зміні температури не змінюються. При нагріванні завдяки різним коефіцієнтам лінійного розширення латуні та інвару трубка 1 і з’єднана з нею вісь 2 переміщуються відносно пружинної системи 3. Це приводить до зменшення проміжку, що встановлюється залежно від потрібної температури середовища .Температура спрацювання реле може регулюватися за допомогою гвинта 1.

Для збільшення уставки (значення) температури необхідно послабити регулювальний гвинт 1, при цьому пружина з інвару 3 послабиться і для більшого видовження латунної трубки 6 та розмикання контактів 4 необхідна буде вища температура. Контакти термореле при температурі нижче уставки датчика будуть замкненими.

Межі регулювання від +25 до + 200 С. Похибка спрацювання ± 5 С.Розривна потужність контактів при 220 В напруги постійного струму 5Вт, змінного струму – 30 В.А.

Рис.18 підручник І.І. Мартиненко . “Основи автоматики “, стор 32.

6 5